槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、伴隨著全球海運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展以及能源的消耗，船舶能耗問題逐漸受到國內(nèi)外造船業(yè)及航運(yùn)業(yè)的關(guān)注。然而螺旋槳推進(jìn)作為現(xiàn)今船舶最主要的推進(jìn)方式，其附加節(jié)能裝置已逐漸成為時(shí)下研究的焦點(diǎn)。在螺旋槳后添加固定導(dǎo)輪可有效地回收由螺旋槳旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所引起的能量損失。有關(guān)固定導(dǎo)輪的研究主要集中在上世紀(jì)八九十年代，由于理論水平的限制，主要以實(shí)驗(yàn)研究為主，近些年相關(guān)的研究較少。作為螺旋槳主要的節(jié)能裝置，從理論上對螺旋槳及后置固定導(dǎo)輪展開一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對固定導(dǎo)輪的推

2、廣具有深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。
　　本文采用理論方法對槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)分別進(jìn)行了敞水及適伴流設(shè)計(jì)研究。采用螺旋槳旋渦理論和面元法建立了一套敞水及適伴流槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)的性能預(yù)報(bào)及設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)，具體工作內(nèi)容如下：
　　采用以速度勢為基礎(chǔ)的低階面元法建立了螺旋槳定常及非定常水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)模型，并分別編寫了預(yù)報(bào)程序。以ITTC提供的標(biāo)準(zhǔn)槳為研究對象進(jìn)行了性能預(yù)報(bào)，結(jié)果表明：本文所建立的預(yù)報(bào)模型可有效地對螺旋槳進(jìn)行定常及非定常水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)

3、。
　　對螺旋槳旋渦理論作了詳細(xì)的介紹，并編寫了螺旋槳敞水設(shè)計(jì)程序及適伴流設(shè)計(jì)程序，為了使設(shè)計(jì)槳具有較好的空泡性能，本文引入了螺旋槳無入射不產(chǎn)生空泡條件。此外，為了較好地對中載荷螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)，所編寫的程序計(jì)入了尾渦收縮的影響。而在進(jìn)行螺旋槳升力面設(shè)計(jì)的過程中，在滿足槳葉表面法向速度為零的邊界條件下，對螺旋槳螺距及拱度進(jìn)行修正，從而對升力面進(jìn)行不斷調(diào)整，直到滿足設(shè)計(jì)要求。為了對本文介紹的設(shè)計(jì)法進(jìn)行驗(yàn)證，以DTRC P4381槳在設(shè)

4、計(jì)工況下的水動(dòng)力性能為目標(biāo)參數(shù)，進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，由設(shè)計(jì)結(jié)果可知，采用本方法可設(shè)計(jì)出較原型槳更為高效的螺旋槳，且兼顧了空泡性能。
　　以螺旋槳的旋渦理論及基于速度勢的面元法為基礎(chǔ)，建立了槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)的敞水設(shè)計(jì)模型。以某散貨船為研究對象，進(jìn)行了槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)敞水設(shè)計(jì)，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)與單槳相比，推力及效率均得到明顯提升，就本文所設(shè)計(jì)的槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)而言，在設(shè)計(jì)點(diǎn)處，推力及效率分別提高9.37％和9.88%。通過

5、對所設(shè)計(jì)的槳后固定導(dǎo)輪系統(tǒng)進(jìn)行水動(dòng)力性能分析發(fā)現(xiàn)，在低進(jìn)速條件下，加裝固定導(dǎo)輪的節(jié)能效果更佳，進(jìn)速越高，節(jié)能效果越差。
　　基于面元法建立螺旋槳的實(shí)效非定水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)模型。首先，通過CFD技術(shù)精確獲取槳緊盤處表觀伴流場。通過定常計(jì)算與非定常預(yù)報(bào)耦合，計(jì)算螺旋槳在非均勻流場中對其緊前方的誘導(dǎo)速度并取平均值，從而獲取與實(shí)際情況更相符的誘導(dǎo)速度場，將獲取的槳近前方誘導(dǎo)速度與表觀伴流場疊加，從而獲取實(shí)效伴流，再進(jìn)行誘導(dǎo)速度計(jì)算并獲取新的

6、實(shí)效伴流，循環(huán)迭代直至水動(dòng)力性能收斂。最終可獲得精確的實(shí)效伴流場。通過該實(shí)效伴流場對螺旋槳進(jìn)行實(shí)效非定常水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)，結(jié)果表明，采用通過本方法獲得的實(shí)效伴流場，可精確地進(jìn)行螺旋槳的非定常水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)。
　　最后，以KCS船為母型船進(jìn)行了實(shí)槳設(shè)計(jì)，并對相應(yīng)的模型槳進(jìn)行實(shí)效非定常水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)。采用本文提出的方法設(shè)計(jì)的螺旋槳與KCS船標(biāo)配槳相比推進(jìn)效率有所提高。以該設(shè)計(jì)槳為已知槳，對槳后固定導(dǎo)輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中考慮前槳與后置導(dǎo)